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如何将碳转为钻石?

admin 人造钻石 2020年09月21日

  HPHT技术的基本原理是在人造的高温高压环境下,将石墨进行相转变,从而生成钻石,这种工艺一般需要10GPa、3000℃以上的压力和温度。如果有金属催化剂(如Fe、Ni、Co、Mn等以及它们的合金)的参与,石墨相变为钻石所需要的条件将大幅降低,通常需要的压力为5.4GPa,温度为1400℃。金属催化剂的加入大大降低了合成所需的温度和压力,但温度的降低会使合成钻石的晶形从八面体向立方体-八面体过渡,这一外貌特征是HPHT合成钻石最典型的特点。CVD合成钻石是以一颗母石(钻石)作为基底。在相对低温(800度)的环境下,把甲烷(CH4)和氢气(H2)混合后用微波加热,产生等离子体,经扩散对流,最后以钻石的结构形态沉淀在基片上。让甲烷中的碳原子不断沉积到母石基底上。合成钻石一层层地增生,钻石便会以基底为基础,迅速“长大”。因此,CVD合成钻石拥有和天然钻石完全一样的化学成分和物理构成。

  石墨是低压稳定相,金刚石(钻石的矿物学名称)是高压稳定相。由石墨直接向金刚石进行转变,所需的压力和温度条件都很高,一般需要10GPa、3000℃以上的压力和温度。如果在有金属触媒参与的条件下(如Fe、Ni、Mn、Co等以及它们的合金),石墨变为金刚石所需要的温压条件将大为降低,所以目前高温高压法合成钻石都有金属触媒参与。作为溶剂的金属触媒处于碳源(一般为石墨)与金刚石籽晶之间。碳源处于高温端,籽晶处于低温端,由于高温端的碳源的溶解度大于低温端的溶解度,由温度差所产生的溶解度差则成为碳源由高温端向低温端扩散的驱动力,碳源在籽晶处逐渐析出,金刚石晶体渐渐长大。由于晶体生长的驱动力是由温度差所致,因此也将该方法称为温度差法。

  制造出能让碳转化为钻石的环境就ok啦,就跟水结冰,制造出那种环境就成功了


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